Pengaruh Temperatur Ekstrusi Terhadap Sifat Mekanis dan Komposisi Kimia Filamen UHMWPE/PEG/PO

Abstract

Kemampuan dalam membuat suatu bentuk yang rumit dan spesifik menjadi kelebihan dari metode 3D printing. Di bidang medis, pemilihan material yang tepat menjadi krusial karena interaksinya dengan jaringan hidup. Salah satu jenis material yang tergolong dalam kategori untuk aplikasi biomedis adalah Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). Sejauh ini, ketersediaan material dalam bentuk bahan baku untuk 3D printing masih belum banyak ditemukan. Tujuan utama penelitian ini adalah untuk membuat filamen UHMWPE menggunakan kombinasi polyethylene glycol (PEG) dan paraffin oil (PO) dengan komposisi campuran 95% UHMWPE, 5% PEG dan 10 phr PO. Penambahan PEG dan PO diperlukan untuk meningkatkan flowability dan processability dari UHMWPE. Filamen dibentuk melalui proses ekstrusi yang dilakukan dengan mesin ekstruder single screw dengan tiga variasi temperatur, yakni pada 140, 150, dan 160 ^oC. Dapat dianalisis mengenai pengaruh peningkatan temperatur ekstrusi terhadap sifat mekanis dan komposisi kimia filamen dengan hasil pengujian FTIR didapati puncak gelombang filamen yang menunjukkan adanya material UHMWPE, PEG dan PO yang menyusunnya yang menunjukkan filamen memiliki campuran dan stabilitas kimia yang baik. Terjadi penurunan intensitas tertinggi pada filamen 160 ^oC dibanding filamen 140 ^oC dan 150 ^oC. Sementara itu, hasil uji mekanis menunjukkan kekuatan tarik filamen meningkat seiring meningkatnya temperatur ekstrusi dengan kekuatan tarik rata-rata terbesar 20 MPa pada temperatur ekstrusi 160 ^oC. Titik lebur dan derajat kristalinitas filamen yang diperoleh lebih rendah dari nilai-nilai untuk material bahan baku UHMWPE. Filamen 140 ^oC memiliki titik leleh tertinggi dan derajat kristalinitas terendah dibanding dengan filamen 150 ^oC dan 160 ^oC.

The ability to transform complex and specific forms is a distinct advantage of 3D printing. In the field of medicine, the selection of suitable materials is crucial due to their interaction with living tissues. One type of material suitable for biomedical applications is Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE). However, the availability of UHMWPE material in raw form for 3D printing is still limited. Therefore, this research focuses on synthesizing UHMWPE filament using a mixture of polyethylene glycol (PEG) and paraffin oil (PO) with a composition of 95% UHMWPE, 5% PEG, and 10 phr PO. The addition of PEG and PO is necessary to improve the flowability and processability of UHMWPE. Filaments are formed through the extrusion process using a single-screw extruder machine at three different temperatures: 140, 150, and 160 ^oC. The effect of adding extrusion temperature on the mechanical parcels and chemical composition of the hair is anatomized. Fourier Transform Infrared (FTIR) testing reveals peak waveforms indicating the presence of UHMWPE, PEG, and PO in the filament, demonstrating a good chemical mixture and stability. The highest intensity decrease is observed in the filament extruded at 160 ^oC compared to those extruded at 140 and 150 ^oC. Meanwhile, mechanical testing shows an increase in tensile strength with the increasing extrusion temperature, with the highest average tensile strength of 20 MPa achieved at an extrusion temperature of 160 ^oC. The melting point and degree of crystallinity obtained for the filament are lower than those of the raw UHMWPE material. Among the tested filaments, the one extruded at 140 ^oC exhibits the highest melting point and the lowest degree of crystallinity compared to those extruded at 150 and 160 ^oC.